Везикулярный перенос: эндоцитоз и экзоцитоз.

Макромолекулы такие как белки, НК, полисахариды, липопротеидные комплексы и др. сквозь клеточные мембраны не проходят, но могут транспортироваться ионы и мономеры. Транспорт микромолекул, их комплексов, частиц происходит посредством везикулярного переноса. Т.е. макромолекулы, биополимеры, их комплексы не могут попадать в клетку сквозь мембрану, за исключением мембран, имеющих белковые комплексные переносчики порины (мембраны митохондрий, пластид, пероксисом). В клетку или из одного мембранного компартмента в другой макромолекулы попадают заключёнными внутри вакуолей или везикул. Экзоцитоз - вынос макромолекул из клетки. Эндоцитоз - поглощение клеткой макромолекул.

При эндоцитозе участок плазмалеммы обволакивает внеклеточный материал, заключает его в мембранную вакуоль, возникшую в рез-те впячивания плазмалеммы. В такую первичную вакуоль (эндосому) могут попадать различные биополимеры, комплексы макромолекул, части клеток или даже целые клетки, где затем распадаются(В ЭНДОЛИЗОСОМЕ!!!!), деполимеризуются до мономеров, которые затем путём трансмембранного переноса попадают в гиалоплазму. Основное биологическое значение эндоцитоза - получение строительных блоков за счёт внутриклеточного переваривания, которое осуществляется на втором этапе эндоцитоза после слияния эндосомы с лизосомой - вакуолью, содержащей набор гидролитических ферментов. Эндоцитоз формально разделяют на фагоцитоз и пиноцитоз. Фагоцитоз (И.И. Мечников) - захват и поглощение клеткой крупных частиц; свойственен для одноклеточных животных (амёбы, хищные инфузории), специализированных клеток многоклеточных животных (амёбоциты крови или полостной жидкости беспозоночных, нейтрофилы и макрофаги позвоночных). Пиноцитоз вначале определялся как поглощение клеткой воды или водных растворов веществ, а сейчас употребление этих терминов отражает лишь различия в объёмах, массе поглощённых веществ. Неспецифический эндоцитоз протекает как бы автоматически и может приводить к захвату бесполезных клетке веществ (к примеру, красителей).

Рецепторная роль клеточной мембраны.

1) Белки-переносчики и насосы являются также рецепторами, узнающими определённые ионы и взаимодействующими с ними. Рецепторные белки связываются с лигандами и участвуют в отборе молекул, поступающих в клетку. Рецепторы на поверхности клетки: мембранные белки и гликопротеиды (элементы гликокаликса).

2) Рецепторы участвуют в передаче межклеточных сигналов с поверхности внутрь клетки. Изучено с гормонами, содержащими пептидные цепочки. Рецептор после связи с гормоном активирует белок аденилатциклазу. Этот фермент синтезирует из АТФ цАМФ(циклический аденозинмонофосфат, является вторичным мессенджером – активатором ферментов киназ, вызывающих модификации других белков-ферментов). Так, при действии на печёночную клетку гормона поджелудочной железы глюкагона, вырабатываемого А-клетками островков Лангерганса, цАМФ активирует или ингибирует внутриклеточный фермент или группы ферментов (активирует протеинкиназу А, она активирует каскад ферментов, расщепляющих гликоген до глюкозы; действие инсулина в обратном – вхождение глюкозы в печень и отложение в виде гликогена). Таким образом, аденилатциклаза — преобразователь внешних сигналов.

3) В п.м. у фотосинтетических бактерий и синезеленых водорослей локализованы белки-рецепторы (хлорофиллы), взаимодействующие с квантами света. В п.м. светочувствительных клеток расположен родопсин (пигмент; относится к рецепторам, сопряжённых с G-белком, - GPCRs, или G-protein-coupled receptors), превращающий световой сигнал в химический, что в свою очередь приводит к генерации электрического импульса.

4) Другой пример – рецепторы ацетилхолина (важного нейромедиатора). Ацетилхолин, высвобождаясь из нервного окончания, связывается с рецептором на мышечном волокне, что вызывает импульсное поступление ионов натрия в клетку (деполяризация мембраны), открывает около 2000 ионных каналов в зоне нервно-мышечного окончания.

5) Фосфатидилинозитольный путь. Под действием сигнала активируется фермент фосфолипаза С, которая расщепляет фосфатидилинозитолдифосфат (входит в состав п.м.). Продукты гидролиза этого липида, с одной стороны, активируют протеинкиназу С (вызывает активацию каскада киназ), а с другой – приводит к высвобождению ионов кальция, который регулирует целый ряд клеточных процессов.

????6) Участие в слипании и клеточной адгезии. Клетки, не подходящие по признакам, убиваются иммунной системой.

Межклеточное узнавание

В многоклеточном организме в рез-те межклеточного взаимодействия образуются сложные клеточные комплексы, которые нужно поддерживать. Так, в эмбриональной ткани клетки остаются связаны за счёт способности слипаться (адгезия). Такое межклеточное взаимодействие осуществляется благодаря гликопротеидам плазматических мембран; при этом между плазматическими мембранами клеток всегда остаётся щель шириной примерно в 20 нм, заполненная гликокаликсом. Обработка ткани ферментами, нарушающими целостность гликокаликса (муказы, гидролизующие муцины (мукопротеины) и мукополисахариды) или повреждающие плазмалемму (протеазы - гидралазы, разрушающие связь между а/к в белке), приводит к обособлению клеток друг от друга, их диссоциации. Если убрать фактор диссоциации, клетки смогут реагрегировать.

За агрегацию однородных клеток отвечают трансмембранные гликопротеиды. Непосредственно за адгезию - молекулы САМ-белков (cell adhesion molecules). Взаимодействие между адгезивными белками может быть гомофильным (соседние клетки склеиваются с помощью однородных САМ) и гетерофильным (соседние клетки склеиваются с помощью разнородных САМ).

Классы САМ-белков: кадгерины, иммуноглобулиноподобные N-CAM (молекулы адгезии нервных клеток), селектины, интегрины.

Кадгерины - интегральные фибриллярные мембранные белки, образующие параллельные гомодимеры. Ионы Ca²⁺ придают жёсткость. Кадгеринов около 40 тыс. видов. К примеру, E-кадгерин характерен для эпителиальных клеток взрослых организмов, P-кадгерин - для клеток плаценты и эпидермиса, N-кадгерин - для нервных клеток.

N - CAM (молекулы адгезии нервных клеток) относятся к суперсемейству иммунноглобулинов, образуют связи между нервными клетками. Некоторые из N-CAM участвуют в соединении синапсов, при адгезии клеток иммунной системы.

Селектины - интегральные мембранные белки, участвующие в адгезии эндотелиальных клеток, кровяных пластинок, лейкоцитов.

Интегрины - гетеродимеры с α- и β-цепями, осуществляющие связь клеток с внеклеточными субстратами, а также участвующие в адгезии клеток друг с другом.

Узнавание чужеродных белков

Иммунная реакция: часть лимфоцитов вырабатывает спец. белки - антитела, специфически связывающиеся с антигенами.

На поверхности всех клеток позвоночных располагаются белки главного комплекса гистосовместимости (МНС - major histocompatibility complex ). В каждом индивидууме имеется большое кол-во альтернативных форм одного и того же гена (более 100), кроме того имеется 7-8 локусов, кодирующих молекулы МНС. Это приводит к тому, что каждая клетка данного организма, имея набор белков МНС, будет отличаться от клеток индивидуумов того же вида. Т-лимфоциты узнают МНС своего организма, но малейшие изменения в структуре МНС приводит к уничтожению молекул Т-лимофоцитами, но не путём фагоцитоза. Они выделяют из секреторных вакуолей белки-перфорины, которые встраиваются в ПМ изменённой клетки, образуют в ней трансмембранные каналы, делая её проницаемой, что и приводит к гибели изменённой клетки.